热电偶和热电阻

1、热电偶和 热电阻 有相同的地方是： 都是测量温度的传感器， 也叫 一次仪表。它们不同的是： 1 热电偶作为温度传感器它输出的是 和温度对应的电势， 多为毫伏级的伩号。 用不同的金属材料制成 的热电偶，在同样温度下，输出的电势是不同的。比如用铂铑 铂丝制成的热电偶，我们称 s 分度，它在 0 度时输出 0mv,1000 度时输出9.585mv, 1600度时输出16.771mv （环境温度为0度 时）。如果用镍铬镍硅丝制成的热电偶，我们称 k 分度。它在 0 度时输出 0mv,1000 度时输出 39.816mv,1300 度时输出 50.950mv（环境温度为0度）。热电偶一般用来测量点”的温

2、度。根据要测量不同高低的温度等和其它要求选用不同材质的热点 偶。热电阻 故名思意， 它的电阻的阻值是随着温度变化而变化的， 比 如，用线性比较好的铂丝；铜丝作的电阻。比如用铜丝作的，分 度号Cu50。它在0度时，阻值是50欧姆，100度时是71.400欧 姆。如用铂丝做成的，其分度号称Pt100。它的阻值在0度时为100欧姆，负 200 度时为 18.52欧姆， 200度时为 175.86欧姆， 800度时为 375.70欧姆。环境温度对热电偶的影响较大， 所以在使用热电偶时要对环境温 度进行补偿。 而使用， 要注意连接到和仪表之间连线的阻值要一 样。（一般用三线制） 同样也要根据要测量的温度

3、，来选用铜电阻还是铂电阻。过去，因为 PLC 发展较仪表慢一些，输如到 PLC 的伩号一般是0 10ma 或 0 10v,4-20ma 所以要把的电阻值变成上说的伩号，以使 PLC 能接受；所以要 用变送器。一用变送器，就有 2线制和 4线制之分。 2线制是电 源和信号就用 2 根线传送；比如 420ma 的仪表，就用 2 线制 传送。 4线制，是电源和信号各用 2根线来传送，互相隔离，比 如 0 10ma;0-10v 都用 4 线制。随着 PLC 的飞速发展 PLC 已有输入模块和热电偶的输入模块， 只要把直接连到模块就行了。 热电偶就更方便， 温度补偿以及线 性校正都可以在模块里完成。一、

4、温度测量的基本概念温度是表征物体冷热程度的物理量。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量， 而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本 单位。目前国际上用得较多的温标有华氏温标、摄氏温标、热力学温标和国际实用温标。华氏温标（ oF ）规定：在标准大气压下，冰的熔点为32 度，水的沸点为 212 度，中间划分180 等分，每第分为报氏 1 度，符号为 oF。摄氏温度（C）规定：在标准大气压下， 冰的熔点为0度，水的沸点为100度，中间划分100 等分，每第分为报氏 1度，符号为C。热力学温标又称开尔文温标，或称绝对温标，它规定分子运动停止时的温度为

5、绝对零度，记符号为 K。国际实用温标是一个国际协议性温标，它与热力学温标相接近，而且复现精度高， 使用方便。目前国际通用的温标是 1975年第 15届国际权度大会通过的 1968 年国际实用温标 -1975 年修订版，记为： IPTS-68 （ Rev-75 ）。但由于 IPTS-68 温示存在一定的不足，国际计 量委员会在 1 8届国际计量大会第七号决议授权予 1989年会议通过了 1990年国际温标 ITS-90 ， ITS-90 温标替代 IPTS-68 。我国自 1994 年 1 月 1 日起全面实施 ITS-90 国际温标。1990 年国际温标（ ITS-90 ）简介如下。1 温度单

6、位热力学温度（符号为 T）是基本功手物理量，它的单位为开尔文（符号为K），定义为水三相点的热力学温度的 1/273.16 。由于以前的温标定义中，使用了与 273.15K （冰点）的差 值来表示温度，因此现在仍保留这各方法。根据定义，摄氏度的大小等于开尔文，温差亦可以用摄氏度或开尔文来表示。国际温标ITS-90同时定义国际开尔文温度(符号为T90)和国际摄氏温度(符号为t90)2国际温标 ITS-90 的通则ITS-90 由 0.65K 向上到普朗克辐射定律使用单色辐射实际可测量的最高温度。ITS-90 是这样制订的，即在全量程中，任何温度的T90值非常接近于温标采纳时T的最佳估计值，与直接测

7、量热力学温度相比， T90 的测量要方便得多，而且更为精密，并具有很高的复现性。3 ITS-90 的定义第一温区为0.65K到5.00K之间，T90由3He和4He的蒸气压与温度的关系式来定义。 第二温区为 3.0K 到氖三相点 (24.5661K) 之间 T90 是用氦气体温度计来定义 .第二温区为平衡氢三相点(13.8033K)到银的凝固点(961.78 C)之间，T90是由铂电阻温度计来定义. 它使用一组规定的定义固定点及利用规定的内插法来分度.银凝固点(961.78 C)以上的温区 ,T90是按普朗克辐射定律来定义的，复现仪器为光学高温计.二、温度测量仪表的分类温度测量仪表按测温方式可

8、分为接触式和非接触式两大类。通常来说接触式测温仪表测温仪 表比较简单、可靠，测量精度较高；但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交金刚，帮需 要一定的时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象，同时受耐高温材料的限制，不能应 用于很高的温度测量。非接触式仪表测温是通过热辐射原理来测量温度的，测温元件不需与被 测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一 般也比较快；但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响，其测量误差较 大。三、热电偶热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是： 测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影

9、响。 测量范围广。常用的热电偶从-50+1600C均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269C(如金铁镍铬)，最高可达+2800C(如钨-铼)。 构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制， 外有保护套管，用起来非常方便。1热电偶测温基本原理将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路,当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一个大小的电流 , 这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的2热电偶的种类及结构形成1)热电偶的种类常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准

10、热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量标准化热电偶 我国从 1988 年 1 月 1 日起，热电偶和热电阻全部按 IEC 国际标准生产， 并指定 S、 B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。(2) 热电偶的结构形式 为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下： 组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固； 两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路； 补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠

11、； 保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。3热电偶冷端的温度补偿由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出， 热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶 的冷端移动到控制室的仪表端子上， 它本身并不能消除冷端温度变化对测温 的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度 to工oc时对测温的影响。在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配， 极性不能接错， 补偿导线与热 电偶连接端的温度不能超过 1ooc。四、热

12、电阻热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。 它的主要特点是测量精度 高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的， 它不仅广泛应用于工 业测温，而且被制成标准的基准仪。1热电阻测温原理及材料 热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。 热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用甸、镍、锰和铑等材料制造热电阻。2热电阻的结构（1）精通型热电阻 工业常用热电阻感温元件（电阻体）的结构及特点见表2-1-11 。从热电阻的测温原理可知， 被测温度的变化是直接通过热电阻阻值 的变化来测量的， 因此， 热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化

13、会给温度 测量带来影响。 为消除引线电阻的影响同般采用三线制或四线制， 有关具体 内容参见本篇第三章第一节 .（ 2）铠装热电阻 铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、 不锈钢套管组合而成的坚实体，如图 2-1-7 所示，它的外径一般为$ 2 8mm 最小可达 $ mm与普通型热电阻相比， 它有下列优点： 体积小， 内部无空气隙， 热惯性上， 测量滞后小；机械性能好、耐振，抗冲击；能弯曲，便于安装使用寿 命长。（ 3）端面热电阻 端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制， 紧贴在 温度计端面，其结构如图 2-1-8 所示。 它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实

14、际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温 度。（ 4）隔爆型热电阻 隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒， 把其外壳内部爆 炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引超爆炸。 隔爆型热电阻可用于 BlaB3c 级区内具有爆炸危险场所 的温度测量。3热电阻测温系统的组成热电阻测温系统一般由热电阻、 连接导线和显示仪表等组成。 必须注意以 下两点：热电阻和显示仪表的分度号必须一致为了消除连接导线电阻变化的影响， 必须采用三线制接法。 具体内容参见 本篇第三章。（ 2）铠装热电阻 铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、 不锈钢套管组合而成的坚实体，如图 2-1-7 所示，它的外径一般为$ 2 8mm 最小可达 $ mm与普通型热电阻相比， 它有下列优点： 体积小， 内部无空气隙， 热惯性上， 测量滞后小；机械性能好、耐振，抗冲击；能弯曲，便于安装使用